Днк для создания "реалистичных" машин

Используя уникальную природу ДНК, инженеры Корнелла создали простые машины, построенные из биоматериалов со свойствами живых существ.

Используя то, что они называют DASH (сборка на основе ДНК и синтез иерархических материалов), инженеры создали материал ДНК, обладающий способностью к метаболизму, в дополнение к самосборке и организации - трем ключевым признакам жизни.

"Мы представляем совершенно новую концепцию реалистичного материала, работающего на собственном искусственном метаболизме. Мы не создаем что-то живое, но мы создаем материалы, которые гораздо более реалистичны, чем когда-либо видели раньше", - сказал Дэн Ло, профессор биологической и экологической инженерии.

Статья опубликована в Science Robotics.

Чтобы любой живой организм мог поддерживать себя, должна существовать система управления изменениями. Должны быть созданы новые клетки; старые клетки и отходы должны быть уничтожены. Биосинтез и биодеградация являются ключевыми элементами самодостаточности и требуют метаболизма для поддержания его формы и функций.

С помощью этой системы молекулы ДНК синтезируются и собираются в иерархические структуры, в результате чего получается нечто, способное увековечить динамичный, автономный процесс роста и распада.

Используя DASH, инженеры из Корнелла создали биоматериал, который может автономно выходить из своих наноразмерных строительных блоков и организовываться - сначала в полимеры, а затем в мезомасштабные формы. Начиная с начальной последовательности из 55 нуклеотидных оснований, молекулы ДНК были размножены сотни тысяч раз, создавая цепочки повторяющейся ДНК размером в несколько миллиметров. Затем реакционный раствор вводили в микрофлюидное устройство, которое обеспечивало жидкий поток энергии и необходимые строительные блоки для биосинтеза.

По мере того, как поток омывал материал, ДНК синтезировала свои собственные новые нити, при этом передняя часть материала росла, а хвостовая часть деградировала в оптимальном балансе. Таким образом, он сам передвигался, полз вперед против течения, подобно тому, как движутся слизевики.

Способность к движению позволила исследователям сталкивать наборы материала друг с другом в соревновательных гонках. Из-за случайности в окружающей среде одно тело в конечном итоге получит преимущество над другим, что позволит первому пересечь финишную черту.

"Конструкции все еще примитивны, но они показали новый путь к созданию динамических машин из биомолекул. Мы находимся на первом этапе создания реалистичных роботов с помощью искусственного метаболизма ", - сказал Шого Хамада, преподаватель и научный сотрудник лаборатории Luo, ведущий и соавтор статьи. "Даже из простого дизайна мы смогли создать сложные модели поведения, такие как гонки. Искусственный метаболизм может открыть новый рубеж в робототехнике".